DE2118427A1

DE2118427A1 - Method for controlling power switches

Info

Publication number: DE2118427A1
Application number: DE19712118427
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. χ 1162 Berlin; Anke Ekkehard Dipl.-Ing. χ 1130 Berlin Knöschke
Original assignee: Institut Prüffeld für elektrische Hochleistungstechnik, χ 1130 Berlin-Lichtenberg
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1971-04-16
Publication date: 1972-10-26
Also published as: FR2142254A5

Description

Verfahren zur Steuerung von Leistungsschaltern Procedure for controlling circuit breakers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des AusschaltZeitpunktes von Leistungsschaltern.The invention relates to a method for controlling the switch-off time of circuit breakers.

Zur Verringerung der Belastung Von Leistungsschaltern während des Abschaltvorganges ist bereits bekannt, den ' Kontaktöffnungszeitpunkt durch eine geeignete Steuerung in die Nähe des Stromnulldurchganges des abzuschaltenden Stromes zu legen. Die Steuerschaltung muß dazu den zu erwartenden Zeitpunkt des folgenden Nulldurchganges im. voraus bestimmen, um rechtzeitig die infolge seiner Eigenzeit erforderliche Vorauslösung des Schalters vornehmen zu können. Das geschieht im allgemeinen dadurch, daß aus Anteilen der Stromfunktion sowie Differentialen und evtl. Integralen davon eine stetige, zeitlich veränderliche Hilfsgröße gebildet wird, deren Nulldurchgänge um die erforderliche Vorauslösezeit gegenüber den zu erfassenden Stromnulldurchgängen voraus eilen,To reduce the load of circuit breakers during the shutdown process is already known to 'Contact opening time by a suitable control in the vicinity of the current zero crossing of the to put the current to be switched off. The control circuit must determine the expected time of the following Zero crossing in. Determine in advance in order to make the necessary advance payment as a result of his own time of the switch. This is generally done by using parts of the current function as well as differentials and possibly integrals thereof a constant, time-varying auxiliary variable is formed whose zero crossings by the required pre-release time compared to the ones to be recorded Rush ahead of current zero crossings,

Nachteilig bei den bekannten Verfahren und Schaltungen ist, daß mit den Amplitudenwerten des Stromes und den daraus abgeleiteten Größen gearbeitet werden muß. Es ist jedoch hinreichend bekannt, daß sich für die genaue Erfassung der Stromamplitude bei verlagerten Kurzschlußströmen größere Fehler der Meßwandler ergeben und daß auch ihre Messung in einem größeren Amplitudenbereich, wie er im Netz auftreten kann, zu Schwierigkeiten führt.The disadvantage of the known methods and circuits is that with the amplitude values of the current and the variables derived therefrom must be worked. However, it is well known that for the accurate detection of the current amplitude in the case of shifted short-circuit currents result in greater errors in the transducers and that their measurement in a larger amplitude range, as can occur in the network, leads to difficulties.

Ein weiterer Nachteil besteht auch darin, daß die Genauigkeit der Nulldurchgangsermittlung für größere Schaltervorauslösezeiten wesentlich zurück geht.Another disadvantage is that the accuracy of the zero crossing determination for larger Switch pre-release times goes back significantly.

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Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist auch bereits ein Verfahren angegeben worden, das nur die Kenntnis des Zeitintervalles zwischen einem Nulldurchgang und dem darauffolgenden Extremum der Stromkurve voraussetzt, um den nächsten Nulldurchgang zu ermitteln. Dieses Verfahren ist jedoch auf Ströme beschränkt, die entweder keinen oder nur einen zeitlich konstanten Gleichstromanteil besitzen. Das Verfahren ist deshalb für Situationen, in denen s.chnell veränderliche Ausgleichsvor- -gänge auftreten,'nicht anwendbar.To avoid these difficulties, a method has also already been given that only requires knowledge of the time interval between a zero crossing and the following extreme of the current curve, to determine the next zero crossing. However, this method is limited to currents that either have no or only a temporally constant direct current component. The procedure is therefore for situations in which rapidly changing balancing processes occur, 'not applicable.

Zweck der·Erfindung ist,"die Genauigkeit der Nulldurchgangsvorherbe.stimm.ung des Stromes im.verlagerten Fall und bei größeren Schaltervorauslösezeiten zu erhöhen sowie die Belastung des Leistungsschalters während des Abschaltvorganges und dBn sehaltungstechnischen Aufwand für die Steuerung so gering als möglich zu halten.The purpose of the invention is "the accuracy of the zero crossing prediction to increase the current in the relocated case and with longer switch pre-release times as well as the load on the circuit breaker during the shutdown process and dBn management effort for the To keep control as low as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung, des Ausschaltzeitpunktes von Leistungsschaltern anzugeben, das zur genauen Vorherbestimmung des Stromnulldurchganges nur definierte, aus der Stromfunktion abgeleitete Zeitintervalle zur Steuerung verwendet,The invention is based on the object of specifying a method for controlling the switch-off time of circuit breakers, which is used for precise predetermination of the current zero crossing only defined time intervals derived from the current function are used for control,

Zur Ermittlung des Ausschaltzeitpunktes wird nach der Erfindung die zeitliche Lage von mehr als zwei dem Nulldurchgang vorhergehenden, zeitlich aufeinander folgenden"ausgezeichneten Punkten der Stromfunktion zueinander verwendet. Als derartige Punkte können ζ. Β Nulldurchgänge, Extrema und V/endepunkte der Stromfunktion benutzt werden.To determine the switch-off time, according to the invention, the time position of more than two is the Zero crossing of preceding, chronologically consecutive "excellent points" of the current function used to each other. Such points can be ζ. Β Zero crossings, extremes and V / end points of the current function to be used.

Besonders zweckmäßig ist es, die erhaltenen Zeitintervalle mittels einer an sich bekannten Rechenschaltunr; so zu verknüpfen, daß der Zeitpunkt des zu erwartendenIt is particularly useful to determine the time intervals obtained by means of a computing circuit known per se; to be linked so that the time of the expected

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Stromnulldurchganges rechtzeitig ermittelt wird und eine exakte Schalterauslösung unter Berücksichtigung seiner erforderlichen Vorauslösezeit möglich wird.Current zero crossing is determined in good time and an exact switch triggering taking into account its required pre-release time becomes possible.

Vorteilhafterweise erfolgt erfindungsgemäß bei Anwendung von zwei Extrema, einem Uulldurchgang und einem Wendepunkt, als ausgezeichnete Punkte der Stromkurve die Verknüpfung der Zeitintervalle in der Rechenschaltung über die mathematische Funktion β (x_fy) = In Advantageously, according to the invention, when two extremes, a Uull passage and a turning point, are used as marked points on the current curve, the time intervals are linked in the arithmetic circuit via the mathematical function β (x _f y) = In

oder eine geeignete Näherung davon, X — yor a suitable approximation thereof, X-y

Bei Verwendung von drei Uulldurchgängen als ausgezeichnete Punkte der Stromfunktion werden vorteilhafterweise die Differenzen der Dauer der ersten Halbwelle T^ und der Dauer der zweiten Halbwelle Tf mit einer festen Zeit Tp gebildet.When using three Uull passes as excellent Points of the current function are advantageously the differences in the duration of the first half-wave T ^ and the duration of the second half-wave Tf formed with a fixed time Tp.

Die Zeit Tq liegt dabei zwischen UuIl und der Dauer einer Periode des unverlagerten Stromes, vorzugsweise jedoch bei der halben Periodendauer, Die Dauer der nächsten Halbwelle erhält man dann über die folgende Beziehung:The time Tq is between UuIl and the duration of a Period of the undisplaced current, but preferably at half the period duration, the duration of the next half-wave is then obtained via the following relationship:

T₃ = T₀ + CT₂ - T₀)² T ₃ = T ₀ + CT ₂ - T ₀ ) ²

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen vor allem darin, daß eine genaue quantitative Abbildung der Stromfunktion und evtl. davon abgeleiteter Größen über die gesamte Meßzeit hinweg nicht erforderlich ist. Amplitudenfehler der abbildenden Meßwandler verfälschen das Meßergebnis nicht.The advantages of the method according to the invention are primarily that an accurate quantitative mapping of the Current function and possibly derived variables over the entire measuring time is not required. Falsify amplitude errors of the imaging transducers the measurement result does not.

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Somit ist auch, eine Begrenzung der Amplitude zur Einengung ihres Bereiches zulässig, sofern die zeitliche Lage der für die Messung vorgesehenen ausgezeichneten Punkte zueinander dadurch, nicht verändert wird. Für die Realisierung der Steuerung ergeben sich weitere Vorteile, da keine Amplituden, sondern nur Zeitintervalle in der Rechensehaltung zu verarbeiten sind. Die Genauigkeit des Verfahrens ist außerdem nicht nur auf kleine Schaltervorauslösezeiten beschränkt, da es nicht auf eine Näherung der Stromfc funktion in der Nähe des Stromnulldurchganges hinausläuft, sondern auf eine Vornerbestimmung der Stromfunktion zugrunde liegenden Parameter,Thus, a limitation of the amplitude to narrow its range is also permissible, provided that the temporal This does not change the position of the marked points provided for the measurement to one another will. There are further advantages for the implementation of the control, since there are no amplitudes, only To process time intervals in the arithmetic attitude are. The accuracy of the method is also not limited to short switch pre-release times, since it does not amount to an approximation of the current fc function in the vicinity of the current zero crossing, but rather on a predetermination of the underlying parameters of the current function,

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden,The invention is to be explained in more detail below using exemplary embodiments,

. a) Als ausgezeichnete Punkte der Stromkurve werden die Folge'Extremum ty, Wendepunkt tj, Nulldurchgang t£, und Extremum fr«verwendet, um den Zeitpunkt des nächsten Stromnulldurchganges tp zu ermitteln. Die gegenseitige Lage dieser Punkte zueinander wird durch die Zeitintervalle Tj bis T₀ charakterisiert, " wobei z, B, T^ = t^ - t^ ist. Verknüpft man diese Intervalle in der Form, daß B (T^, Tj) = B (T₀,T^) mit. a) The sequence extremum ty, inflection point tj, zero crossing t £, and extremum fr «are used as marked points on the current curve in order to determine the point in time of the next current zero crossing tp. The mutual position of these points to one another is characterized by the time intervals Tj to T ₀ , "where z, B, T ^ = t ^ - t ^. These intervals are linked in the form that B (T ^, Tj) = B (T ₀ , T ^) with

(sin tcx)(sin tcx)

B (x,y) J= In CsJnU)Y) wird, so erhält man bereits zum χ - yB (x, y) J = In CsJnU) Y) , we already get χ - y

Zeitpunkt t·/ Kenntnis über den gesuchten Zeitpunkt t{j.Point in time t · / knowledge of the point in time sought t {j.

Die Verknüpfung kann dabei in einer Rechenschaltung vorgenommen werden, die 2 Funktionsgeneratoren zur Realisierung der Funktion B (x,y) und einen Operationsverstärker zur selbsttätigen Einregelung des gesuchten Intervalles Τλ enthält,The link can be made in a computing circuit, the 2 function generators for Realization of the function B (x, y) and an operational amplifier for automatic adjustment of the sought Contains the interval Τλ,

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Die Zeitintervalle T₆ bis Tj müssen selbstverständlich, dazu in solche Größen (z, B, elektrische) umgewandelt werden, die von der Rechenschaltung verarbeitet werden können, ■ .The time intervals T ₆ to Tj must of course, for this purpose, be converted into quantities (e.g., electrical) that can be processed by the computing circuit.

b) Es wird die Dauer zweier aufeinanderfolgender Halbwellen .gemessen und jeweils ihre Differenz zu einer Konstanten T gebildet. Die erhaltenen Werte werden in bekannten Hechen schaltungen nach der Beziehung T_n = 2? + ™2 "" ^<rb) The duration of two successive half-waves is measured and their difference to a constant T is calculated. The values obtained are in known Hechen circuits according to the relationship T _n = 2? + ™ 2 "" ^ <r

3 ο3 ο

¹O ¹ O

miteinander verknüpft. Die sich daraus ergebende Größe Ti entspricht dann der Dauer der nächsten Halbwelle.linked together. The resulting size Ti then corresponds to the duration of the next half-wave.

Hierbei ergibt sich eine hohe Genauigkeit in der Vorherbestimmung des folgenden Stromnulldurchganges, wobei die angegebene Zeit stets kleiner als die wirkliche Zeit ist (Fehler K^ 0,5 ms). Außerdem werden nur die Zeiten der Nulldurchgänge des Stromes benötigt. Des weiteren steht faktisch die Zeit bis zum nächsten Stromnulldurchgang fest, daher eignet sich dieses Verfahren auch besonders gut für Antriebe mit großen Eigenzeiten,This results in a high level of accuracy in the predetermination of the following current zero crossing, with the specified time always being shorter than the real time (error K ^ 0.5 ms). In addition, only the times of the zero crossings of the current are required. Furthermore, the time until the next current zero crossing is actually fixed, so this method is also particularly suitable for drives with long dead times,

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Claims

Patent claims:

! ./ Procedure for controlling the switch-off time of Circuit breakers, which for the predetermination of a • current zero duration, the temporal position of several one on top of the other the following excellent points, e.g. B. Shell passages, Extremes and turning points of the current function used to one another, characterized in that more to be used as two excellent points and that the άμ ^ Ιι the timing of the excellent Points to each other resulting time intervals in a known computing circuit so with each other be linked that the time of the next expected current zero crossing is precalculated and the required preliminary tripping of the circuit breaker is carried out,. - '

2, method according to claim 1, characterized in that ■ two extremes, a zero crossing and an inflection point, are preferably used as distinctive points and the link via the mathematical function

(slag? (slag? x)x)
(si)

j) - la (sintqy) or a suitable I approximation thereof

x - y

he follows.

Method according to claim 1, characterized in that three Uull crossings are preferably used as marked points, the duration T a being the duration Tj of the following half-wave from a constant time T ₀ and the duration Ii and ¹ Sy, of the two preceding ones Half waves according to the relationship:

T ^ s T _ + C ^ 2 "E ₀ ) is determined.

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Method according to Claim 3, characterized in that the time T _{c is placed} between Hull and the duration of a period of the unmoved current and is preferably made equal to half a period duration.

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